En nuestra sociedad que envejece, las enfermedades neurodegenerativas van en aumento. Un equipo de investigación ha desarrollado un nuevo dispositivo que detecta biomarcadores tempranos del Alzheimer y el Parkinson en los fluidos corporales. Por tanto, los resultados del biosensor son tan precisos como los de técnicas habituales hasta ahora. A diferencia de estos, el nuevo dispositivo es portátil, no invasivo y fácil de usar, como informan los científicos. En el futuro, las pruebas de enfermedades neurodegenerativas deberían ser posibles tanto en casa como en clínicas y residencias de ancianos, utilizando muestras de sangre, saliva u orina.
En muchos países están aumentando las enfermedades neurodegenerativas como el Parkinson y el Alzheimer, en las que los afectados pierden gradualmente sus capacidades mentales y motoras. Actualmente no existe cura para estas enfermedades, pero cuanto antes se detecten, más fácil será tratar y retrasar los síntomas. Pero el diagnóstico precoz es difícil porque los síntomas típicos suelen aparecer sólo muchos años después del inicio real de la enfermedad. Además, el diagnóstico requiere procedimientos invasivos que muchos pacientes evitan o a los que no tienen acceso. Actualmente, se suelen realizar varias pruebas de imágenes cerebrales a personas con sospecha de enfermedad de Alzheimer o Parkinson, y también se extrae y analiza líquido cefalorraquídeo del canal espinal.
Según las investigaciones actuales, la enfermedad de Alzheimer es causada por péptidos amiloides solubles que se pegan y agregan en el cerebro. Estos péptidos (péptidos beta amiloide y tau) sirven como moléculas de diagnóstico, llamadas biomarcadores, para la enfermedad de Alzheimer. En la enfermedad de Parkinson, ciertas proteínas amiloides, las proteínas alfa-sinucleína, también causan trastornos del sistema nervioso. Estos también pueden servir como biomarcadores de enfermedades. Un equipo de investigación dirigido por Tyler Andrew Bodily de la Universidad de California en San Diego ha desarrollado una prueba que puede detectar estos biomarcadores de una manera suave, no invasiva y fácil de usar.
¿Cómo funciona el biosensor?
Para el biosensor, Bodily y sus colegas adaptaron un dispositivo desarrollado durante la pandemia de Covid-19 para detectar proteínas del virus Sars-CoV-2. Esto fue posible porque los chips y otros componentes necesarios para los biosensores se han vuelto cada vez más pequeños en los últimos años y ahora pueden producirse automáticamente. El dispositivo, que ahora se ha desarrollado aún más para el Parkinson y el Alzheimer, contiene un chip con transistores especiales basados en el material de carbono grafeno. Estos transistores de efecto de campo de grafeno altamente sensibles consisten en una capa monoatómica de grafeno y múltiples electrodos conectados a una batería para conducir corriente y controlar la cantidad de flujo de corriente.
A uno de los electrodos también se conectan hebras individuales de ADN, que actúan como sonda y se unen específicamente a biomarcadores de enfermedades: beta amiloide, proteína tau o sinucleína. La unión de estas proteínas a su sonda de ADN específica cambia la fuerza del flujo de corriente entre los electrodos. El dispositivo utiliza esta señal para detectar biomarcadores específicos y la transmite de forma inalámbrica a una computadora portátil o teléfono inteligente. Por lo tanto, el biosensor se basa en una detección electroquímica y no puramente química. Los resultados se pueden enviar directamente a médicos, pacientes, sus cuidadores y familiares.
Detección fiable de la enfermedad de Alzheimer y Parkinson
En el estudio, el equipo probó el dispositivo con proteínas amiloides sintéticas y proteínas amiloides de cerebros de pacientes fallecidos con Alzheimer y Parkinson. Los experimentos han demostrado que los sensores detectan con gran precisión biomarcadores específicos de ambas enfermedades. Los investigadores informan que la nueva tecnología está a la par de los métodos de prueba existentes. El dispositivo todavía es capaz de detectar concentraciones muy bajas de biomarcadores, por lo que sólo se necesitan pequeñas cantidades de muestra para la prueba, y los biomarcadores pueden detectarse incluso en el cuerpo de los pacientes en las primeras etapas, como explican Bodily y sus colegas.
Además, según el equipo, el dispositivo funciona bien incluso si las muestras analizadas contienen, además de los biomarcadores, otras proteínas que no son relevantes para la prueba. Esto reduce el riesgo de diagnósticos falsos positivos. Sin embargo, las proteínas tau de la enfermedad de Alzheimer fueron más difíciles de detectar con el biosensor que con otros biomarcadores. «Sin embargo, debido a que el dispositivo analiza tres biomarcadores diferentes al mismo tiempo, puede combinar los resultados de los tres para llegar a un resultado general confiable», dice el autor principal Ratnesh Lal de la Universidad de California en San Diego.
Se espera aprobación pronto
La Universidad de California ya ha concedido a la startup de biotecnología Ampera Life una licencia para utilizar la tecnología de detección recientemente desarrollada. Los investigadores y la empresa quieren ahora comprobar con más pruebas en hospitales y residencias de ancianos la fiabilidad con la que el biosensor detecta los biomarcadores de Alzheimer y Parkinson en el plasma sanguíneo, la saliva y la orina de los pacientes. Si estas pruebas salen bien, Ampera Life dice que pronto buscará la aprobación para el dispositivo de la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. (FDA). El objetivo es lanzar el dispositivo al mercado dentro de un año.
En teoría, el biosensor también se puede modificar aún más para detectar biomarcadores de otras enfermedades, informan los investigadores.
Fuente: Tyler Andrew Bodily (Universidad de California – San Diego) et al., Actas de la Academia Nacional de Ciencias, doi: 10.1073/pnas.2311565120
